DE102015204813B4 - Method for producing a brake disk and brake disk - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (1) für ein Fahrzeug, bei welchem auf einem Basiskörper (2) der Bremsscheibe (1) zumindest bereichsweise eine Reibschicht (11) angeordnet wird, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
Zumindest bereichsweises Vorbearbeiten des im Rohling vorliegenden Basiskörpers (2);
Erwärmen des Basiskörpers (2) auf eine Diffusionstemperatur Eintauchen des erwärmten Basiskörpers (2) in eine Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen, so dass eine Funktionsschicht (10) zwischen dem Basiskörper (2) und der noch aufzubringenden Reibschicht (11) gebildet wird, wobei das unedle Metall besagter Schmelze in das Substratmaterial des Basiskörpers (2) eindiffundiert, und
zumindest bereichsweise Aufbringen der Reibschicht (11) mittels thermischer Spritzverfahren,
wobei zumindest teilweise Partikel (12) aus der Reibschicht (11) herausragen und/oder dass die Reibschicht (11) eingelagerte Partikel (12) aufweist, welche vom Durchmesser größer sind als die Dicke der Reibschicht (11), so dass die Partikel (12) aus der Reibschicht herausragen.
At least partially pre-processing of the present in the blank base body (2);
Heating the base body (2) to a diffusion temperature immersing the heated base body (2) in a melt comprising base metal alloys, so that a functional layer (10) is formed between the base body (2) and the friction layer (11) still to be applied, wherein the base Metal of said melt is diffused into the substrate material of the base body (2), and
at least partially applying the friction layer (11) by means of thermal spraying,
wherein at least partially particles (12) protrude from the friction layer (11) and / or that the friction layer (11) has embedded particles (12) which are larger in diameter than the thickness of the friction layer (11), so that the particles (12 ) protrude from the friction layer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug, sowie eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug.The present invention relates to a method for producing a brake disk for a vehicle, as well as a brake disk for a vehicle.
Die
Mit der
In der
In der
Eine beschichtete Leichtmetallscheibe und ein Verfahren zu deren Herstellung ist in der
Auch die
Die
Die
Aus der
Die
Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bilden Scheibenbremsen die wohl am weitesten verbreitete Bauart von Bremsanlagen. Scheibenbremsen setzen sich im Wesentlichen aus einer Bremsscheibe und einem die Bremsscheibe randseitig umgreifenden Bremssattel zusammen. Hierbei ist die Bremsscheibe über eine drehbar im Achsschenkel gelagerte Radnabe mit dem abzubremsenden Rad des Fahrzeugs verbunden. Demgegenüber ist der Bremssattel an dem Achsschenkel fixiert. Die eigentliche Verzögerung wird durch an die Bremsscheibe anlegbare Bremsklötze erreicht, welche zu beiden Seiten der Bremsscheibe zwischen ihr und dem Bremssattel angeordnet sind. In vehicles, especially in motor vehicles, disc brakes are probably the most widely used type of brake system. Disc brakes are essentially composed of a brake disc and a brake caliper which surrounds the brake disc at the edge. Here, the brake disc is connected via a rotatably mounted in the steering knuckle with the wheel to be braked the vehicle. In contrast, the caliper is fixed to the steering knuckle. The actual delay is achieved by applying to the brake disc brake pads, which are arranged on both sides of the brake disc between it and the caliper.
Je nach Anwendungsfall können Bremsscheiben sowohl aus Eisen, z.B. aus Grauguss (GG) aber auch aus Karbon-Keramik oder Aluminium bestehen.Depending on the application, brake discs made of both iron, e.g. made of cast iron (GG) but also made of carbon ceramic or aluminum.
Bremsscheiben werden typischerweise aus unlegiertem Graugussmaterial (GG) gegossen. Solche Scheiben lassen sich zwar kostengünstig gießen und bearbeiten, sie liefern aber keinen ausreichenden Korrosionsschutz gegenüber Spritzwasser von der Fahrbahn oder Regenwasser. Besonders im Winter ist ein erhöhter Korrosionsangriff durch Streusalz zu beobachten. Wenn Fahrzeuge dann für längere Zeit geparkt werden, dann kann die starke Rostbildung auf der Grauguss-Oberfläche im Reibringbereich dazu führen, dass der Bremsbelag auf der Bremsscheibe quasi festrostet. Das ist darauf zurückzuführen, dass der Belag bei einer Bremsscheibe permanent eng an der Scheibenoberfläche anliegt und es daher in diesem engen Spalt zu dem Festrosten kommen kann. Wenn dann das Fahrzeug erneut bewegt wird, kann dabei festgerostetes Belagsmaterial aus dem Belag herausgerissen und auf die Scheibenoberfläche transferiert werden. Dies führt zu einem Rubbeln der Bremsen verbunden mit starker Geräuschentwicklung. Unter Umständen kann es notwendig werden, die Scheiben zu wechseln oder den anhaftenden Rost abzudrehen. Darüber hinaus erscheinen rostige Bremsscheiben als minderwertig, wenn die verrosteten Scheiben durch die edel erscheinenden Aluminium-Felgen hindurch wahrgenommen werden können.Brake discs are typically cast from mild gray cast iron (GG). Although such discs can be cast and processed inexpensively, but they do not provide adequate protection against splashes of water from the road or rainwater. Especially in winter, an increased corrosion attack by road salt is observed. If vehicles are then parked for a long time, then the strong rusting on the gray cast iron surface in the friction ring area can cause the brake lining on the brake disc to virtually rust. This is due to the fact that the pad at a brake disc permanently fits tightly against the disc surface and therefore it can come in this narrow gap to the solid rust. When the vehicle is then moved again, rusted paving material can be torn out of the lining and transferred to the disk surface. This leads to a rubbing of the brakes associated with strong noise. Under certain circumstances, it may be necessary to change the panes or turn off the adhering rust. In addition, rusty brake discs appear inferior when the rusted discs can be sensed through the noble-looking aluminum rims.
Weiterhin ist bekannt, dass die Verschleißbeständigkeit der GG-Bremsscheiben nicht ausreichend hoch ist. Die typischerweise verwendeten Bremsbeläge sind für einen bestimmten Reibwert optimiert und dabei wird eine gewisse abrasive Verschleißbelastung des Reibringes in Kauf genommen. Diese abrasive Belastung führt unter anderem dazu, dass Bremsscheiben mit einer Rot-Rostbildung nach einem Regentag durch das Betätigen der Bremsen bei der nächsten Autofahrt wieder metallisch blank sind.Furthermore, it is known that the wear resistance of the GG brake discs is not high enough. The brake linings typically used are optimized for a certain coefficient of friction, and a certain abrasive wear load of the friction ring is accepted. Among other things, this abrasive load means that brake discs with red rust after a rainy day are metallically bright again when the brakes are applied during the next drive.
Bei dem Abrieb zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe entstehen Partikelemissionen, also Feinstaub. Neben der Feinstaub-Problematik spielt aber auch die optische Wirkung von verrosteten Bremsscheiben in Kombination mit teuren, edlen Aluminium-Felgen eine zusätzliche Rolle. Es ist bekannt, dass ca. 70% der Feinstaubpartikel von dem GG-Scheibenmaterial stammen. Diese Verschleißpartikel haben eine sehr hohe Temperatur von ca. 700°C, mit der sie auf die Aluminium-Felge auftreffen. Dabei können sie sich in den Klarlack auf der Aluminium-Oberfläche einfach einbrennen und das Entfernen des grau-schwarzen Belags ist selbst in der Waschanlage und bei intensiver Pflege sehr schwierig. Zudem werden zusätzlich Quietschgeräusche oder Bremsenrubbeln bei festgerosteten Belägen nach längerem Stillstand als störend angesehen.The abrasion between the brake pad and the brake disc produces particulate emissions, ie particulate matter. In addition to the problem of particulate matter, the optical effect of rusted brake discs in combination with expensive, elegant aluminum rims also plays an additional role. It is known that about 70% of the particulate matter comes from the GG disc material. These wear particles have a very high temperature of about 700 ° C, with which they impinge on the aluminum rim. They can simply burn into the clear coat on the aluminum surface and removing the gray-black coating is very difficult even in the car wash and with intensive care. In addition, additional squeaking noises or brake scrubbing are regarded as annoying after a long standstill in the case of solidified coverings.
Daher werden weltweit intensive Entwicklungsarbeiten betrieben, um sowohl die Korrosions- als auch Verschleißbeständigkeit der Bremsscheiben zu verbessern. Dabei werden z.B. Scheiben hergestellt aus einem Edelstahl-Gussmaterial. Hierbei kann zwar das Korrosionsproblem behoben werden, aber die Verschleißbeständigkeit ist nur wenig verbessert. Neben den hohen Kosten durch Verwendung von strategisch wichtigen Elementen wie Chrom und Nickel ist die Verschleißbeständigkeit nur wenig verbessert. Außerdem wird die Wärmeleitfähigkeit deutlich reduziert, wodurch es zu einer höheren Temperaturbelastung der Radlager kommen kann.Therefore, intensive development work is being carried out worldwide to improve both the corrosion and wear resistance of the brake discs. In doing so, e.g. Slices made of a cast stainless steel material. Although the corrosion problem can be eliminated, the wear resistance is only slightly improved. In addition to the high costs of using strategically important elements such as chrome and nickel, the wear resistance is only slightly improved. In addition, the thermal conductivity is significantly reduced, which can lead to a higher temperature load on the wheel bearings.
Weiterhin werden zahlreiche galvanische Beschichtungsverfahren zur Problemlösung vorgeschlagen. Diese Schichten sind sehr aufwendig in der Herstellung: Dazu muss das gesamte Bauteil z.B. mit Chrom oder Nickel oder Ni plus Hartstoffpartikel beschichtet werden. Häufig müssen solche Schichten durch eine Diffusionsglühbehandlung noch auf dem Substratmaterial verankert werden, um den Bremsbelastungen gewachsen zu sein.Furthermore, numerous galvanic coating methods are proposed for problem solving. These layers are very expensive to manufacture: For this purpose, the entire component must e.g. coated with chromium or nickel or Ni plus hard particles. Often, such layers must be anchored by a Diffusionsglühbehandlung still on the substrate material to cope with the braking loads.
Eine andere Möglichkeit stellen die Thermischen Spritzverfahren dar: Dazu werden die GG-Scheiben durch Profildrehen und nachfolgendes Korund Strahlen aufgeraut und dann z.B. mit einer 500µm dicken 17%Cr-Stahlspritzschicht versehen. Dazu kommen Pulver- und Drahtspritzenverfahren zum Einsatz. Nach der Beschichtung müssen die rauen Spritzschichten durch Drehen oder Schleifen nachgearbeitet werden um die geforderten Abmessungen der Bremsscheiben zu erfüllen. Bei dieser Spritzbeschichtung wird jedoch nur der Bereich der Reibfläche beschichtet, so dass der Nabenbereich wie heute üblich durch Lackierung vor Rostansatz geschützt werden muss. Für belüftete Bremsscheibe kann natürlich das Spritzverfahren für den Bereich zwischen den Deckscheiben keinen Korrosionsschutz erzeugen, sodass die Stege nach wie vor zu Rostbildung neigen und rostiges Wasser dann über die Reibfläche mit der teuren Spritzschicht laufen wird. Weiterhin zeigt sich in Salzsprühnebel-Tests, dass Thermische Spritzschichten aufgrund der mikroporösen Struktur unterwandert werden, wodurch es zur Unterkorrosion kommen kann. Nur durch teure Versiegelungsverfahren kann diese Korrosion unterbunden werden. Alleine der Aufwand zur Beschichtung der GG-Scheiben z.B. mit einer 500µm dicken, nachgeschliffenen 17%Cr-Stahlspritzschicht ist größer als die gesamte bisherige Herstellung derselben Scheibe durch Gießen plus mechanischer Nacharbeit.Another possibility is the thermal spraying process: For this purpose, the GG discs are roughened by profiling and subsequent corundum blasting and then provided, for example, with a 500 μm thick 17% Cr steel spray coat. Powder and wire spraying processes are also used. After coating, the rough spray coatings must be reworked by turning or grinding in order to meet the required dimensions of the brake discs. In this spray coating, however, only the area of the friction surface is coated, so that the hub area must be protected as usual today by painting against rust. For ventilated brake disc, of course, the spray process for the area between the shrouds can not produce corrosion protection, so the webs still tend to rust and rusty water will then run over the friction surface with the expensive sprayed layer. Furthermore, in salt spray tests, thermal spray coatings are undermined due to the microporous structure, which can lead to undercorrosion. Only by expensive sealing methods, this corrosion can be prevented. The expense of coating the GG disks, for example, with a 500 μm thick, reground 17% Cr steel sprayed layer is greater than the entire previous production of the same disk by casting plus mechanical reworking.
Bei GG-Scheiben bzw. Scheiben mit einer geschliffenen thermischen Spritzschicht wirkt der Bremsbelag abrasiv auf die Oberfläche und bei jedem Bremsvorgang wird Material abrasiv abgetragen. Im Falle der harten Spritzschicht ist der Abtrag zwar deutlich weniger, aber der Abrasionsmechanismus bleibt erhalten.For GG discs or discs with a ground thermal spray coating, the brake pad is abrasive on the surface and during each braking process material is abraded abrasive. In the case of the hard sprayed layer, the removal is significantly less, but the abrasion mechanism is retained.
Möglich ist auch, sog. temporäre, kostengünstige Schutzschichten vorzusehen, damit zumindest die Fahrzeuge vom Hersteller bis zum Endverbraucher gelangen, ohne dass das fabrikneue Fahrzeug bereits rostige Bremsscheiben hat. Dabei handelt es sich meist um Farb-Spritzschichten mit Zink-Pigmenten. Andererseits sind Bremssysteme bekannt, bei denen Zink auf die GG-Oberfläche während des Bremsvorganges aufgerieben wird und dadurch ein kathodischer Korrosionsschutz auftritt. Andererseits hat dieser Zink-Film eine negative Wirkung auf die Reib-Funktion des Bremsbelages, die Reibwerte sinken ab. Insofern wird die Zink-Schutzschicht vor der ersten Inbetriebnahme sinnvoller Weise wohl entfernt.It is also possible to provide so-called temporary, cost-effective protective layers so that at least the vehicles reach from the manufacturer to the end user, without the brand-new vehicle already having rusty brake discs. These are mostly paint sprayed coatings with zinc pigments. On the other hand, brake systems are known in which zinc is wiped on the GG surface during the braking process and thus a cathodic corrosion protection occurs. On the other hand, this zinc film has a negative effect on the friction function of the brake pad, the coefficient of friction decreases. In this respect, the zinc protective layer is well removed before the first start-up.
Möglich wäre auch, eine Nitrier-Diffusions-Beschichtung auf der Basis von Fe-Nitrid Diese Beschichtung führt zu einem kurzzeitigen Verschleiß- und Korrosionsschutz, allerdings scheint die Lebensdauer dieser Beschichtung doch auf weniger als 40.000km begrenzt und auch wohl nur für NAO Beläge für den USA Markt geeignet zu sein. Denn bei den z.B. in Deutschland durchaus höheren, zum Teil nicht vorhandenen Geschwindigkeitsbegrenzungen sind höhere Bremstemperaturen zu erwarten als z.B. in den USA, weswegen die NAO-Beläge dort geeignet scheinen. Darüber hinaus ist der Prozess sehr zeitintensiv und durch die notwendige große Ofenkammer sehr teuer.Also possible is a nitride diffusion coating based on Fe nitride. This coating leads to a short-term wear and corrosion protection, however, the lifetime of this coating seems limited to less than 40,000km and probably only for NAO pads for the USA market to be suitable. Because at the e.g. in Germany certainly higher, sometimes non-existent speed limits higher braking temperatures are expected than e.g. in the US, which is why the NAO rubbers seem suitable there. In addition, the process is very time consuming and very expensive due to the necessary large furnace chamber.
Ebenso werden zahlreiche thermische Spritzverfahren (diese wurden oben bereits erwähnt) und galvanische Beschichtungsverfahren eingesetzt. Diese Schichten sind sehr aufwendig in der Herstellung. Bei Salzsprühnebeltests schneiden aber sowohl solche galvanischen Beschichtungen also auch thermisch gespritzte Beschichtungen eher schlecht ab. So ist die Unterwanderung von thermischen Spritzschichten selbst mit zusätzlichen Versieglungsverfahren nicht sicher zu vermeiden.Likewise, numerous thermal spraying processes (which have already been mentioned above) and electroplating processes are used. These layers are very expensive to produce. In salt spray tests, however, both such galvanic coatings and thermally sprayed coatings tend to perform poorly. Thus, the infiltration of thermal spray coatings can not be reliably avoided even with additional sealing processes.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die einfache und haltbare Fertigung von Bremsscheiben als Massenartikel noch Raum für Verbesserungen.In view of the state of the art, the simple and durable production of brake discs as mass-produced articles still offers room for improvement.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug vorzustellen, welches eine kostengünstige und dennoch haltbare Massenfertigung ermöglicht. Weiterhin soll eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug aufgezeigt werden, welche neben einer kostengünstigen Fertigung insbesondere eine verbesserte Resistenz gegenüber korrosiven Angriffen und eine verbesserte Lebensdauer besitzt.Against this background, the invention has for its object to provide a method for producing a brake disc for a vehicle, which allows a cost-effective, yet durable mass production. Furthermore, a brake disc for a vehicle to be shown, which in addition to a cost-effective production in particular has improved resistance to corrosive attacks and improved life.
Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe findet seine Lösung in den Maßnahmen des Anspruchs 1. Der gegenständliche Teil dieser Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.The procedural part of the problem finds its solution in the measures of claim 1. The objective part of this object is achieved by a brake disc with the features of
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be noted that the features listed in the following description as well as measures in any technically meaningful way can be combined with each other and show other embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.
Gemäß der Erfindung wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug vorgestellt, bei welchem auf einem Basiskörper zumindest bereichsweise eine Reibschicht angeordnet wird. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte:
- Zumindest bereichsweises Vorbearbeiten des im Rohling vorliegenden Basiskörpers; Erwärmen des Basiskörpers auf eine Diffusionstemperatur; Eintauchen des erwärmten Basiskörpers in eine Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen, so dass eine Haftvermittlungsbeschichtung zwischen dem Basiskörper und der noch aufzutragenden Reibschicht gebildet wird, wobei das unedle Metall besagter Schmelze in das Substratmaterial des Basiskörpers eindiffundiert;
- Zumindest bereichsweises Aufbringen der Reibschicht auf den Basiskörper mittels thermischer Spritzverfahren.
- At least partially pre-processing of the present in the blank base body; Heating the base body to a diffusion temperature; Immersing the heated base body in a melt comprising base metal alloys such that an adhesion-promoting coating is formed between the base body and the friction layer still to be applied, the base metal of said melt diffusing into the substrate material of the base body;
- At least partially applying the friction layer to the base body by means of thermal spraying.
Das zumindest bereichsweise Vorbearbeiten des im Rohling vorliegenden Basiskörpers beinhaltet im Sinne der Erfindung, dass die Bremsscheibe quasi so fertig bearbeitet ist, dass nach den einzelnen Beschichtungsvorgängen optional noch eine Nachbearbeitung erfolgen kann. Zielführend wird der gesamte Basiskörper, also die komplette Bremsscheibe in die unedle Metallschmelze eingetaucht. Eine Schmelze aufweisend unedle Metalle ist im Sinne der Erfindung eine Aluminium- und/oder Zinklegierungsschmelze. Zusammen mit dem vorherigen Erwärmen des Basiskörpers bevorzugt auf eine Temperatur von 500° bis 700°C unter einer Schutzgasatmosphäre kommt es zu einer Eindiffusion des unedlen Metalls, also z.B. des Aluminiums und/oder des Zinks in das Substratmaterial, also in den Grauguss des Basiskörpers. Eine Diffusionstemperatur im Sinne der Erfindung ist also eine Temperatur, bei welcher die unedlen Metalle der Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen in das Substratmaterial des Basiskörpers eindiffundieren. Dabei wird eine metallurgische Verbindung mit einer sehr hohen Haftfestigkeit gebildet, wobei diese Haftvermittlerbeschichtung nicht wie direkt aufgebrachte, thermische Spritzschichten mikroporös ist, und somit auch nicht unterwandert werden können. Zudem führt die erfindungsgemäße Aluminium- und/oder Zinklegierungsschmelze dazu, dass ein kathodischer Korrosionsschutz gebildet wird, wobei sogar möglicher Weise vorhandene Fehlstellen oder im Betrieb auftretende Schadstellen aufgrund der Fernwirkung verschlossen werden können, so dass es quasi zu einer Selbstheilung kommt. The at least partially pre-machining of the present in the blank base body includes in the context of the invention that the brake disc is virtually finished so finished that optionally can be done after the individual coating operations post-processing. Zielführend the entire base body, so the entire brake disc is immersed in the base metal melt. A melt containing base metals in the context of the invention is an aluminum and / or zinc alloy melt. Together with the previous heating of the base body preferably to a temperature of 500 ° to 700 ° C under a protective gas atmosphere, there is a diffusion of the base metal, so for example of aluminum and / or zinc in the substrate material, ie in the gray cast of the base body. A diffusion temperature within the meaning of the invention is therefore a temperature at which the base metals of the melt, comprising base metal alloys, diffuse into the substrate material of the base body. In this case, a metallurgical compound is formed with a very high adhesive strength, which adhesion promoter coating is not microporous as directly applied thermal spray coatings, and thus can not be undermined. In addition, the aluminum and / or zinc alloy melt according to the invention causes a cathodic corrosion protection is formed, even existing defects or failures occurring during operation can be closed due to the long-distance effect, so that there is virtually a self-healing.
Die Bremsscheibe, also deren Basiskörper wird bevorzugt mittels Sandguss hergestellt. Dabei weist der Basiskörper, also der Rohling einen umlaufenden äußeren Bremskranz auf, welcher für den Kontakt mit einem Bremsklotz eines Bremssattels vorgesehen ist, wobei die Bremsklötze bzw. Bremsbeläge natürlich beidseitig des Bremskranzes, also der Reibflächen angreifen. Im Zentrum des Basiskörpers ist eine Öffnung vorgesehen, welche in einer Ausstellung des Basiskörpers angeordnet ist. Um die Öffnung herum sind in gleichmäßigen Abständen bevorzugt fünf Durchgangslöcher durch die Ausstellung hindurch angeordnet. Besagte Durchgangslöcher dienen der Aufnahme von Radbolzen, über welche die Bremsscheibe zusammen mit einem Rad mit einer Radnabe verbindbar ist. Die Ausstellung, welche auch als Scheibenhut bezeichnet werden kann, kann integral mit dem Bremskranz hergestellt werden, also gegossen werden, oder als separates Element mit dem Bremskranz in geeigneter Weise verbunden werden. Der Basiskörper kann als unbelüftete oder belüftete Bremsscheibe hergestellt sein, was an sich bekannt ist. Bei der belüfteten Bremsscheibe sind die Reibflächen an Deckscheiben angeordnet, wobei die gegenüberliegenden Deckscheiben über Rippen beabstandet sind. Jede Deckscheibe weist natürlich auch nur eine Reibfläche auf, was aber an sich bekannt ist. So ist ein Luftspalt zwischen den Deckscheiben gebildet, was aber an sich auch bekannt ist, weswegen darauf nicht weiter eingegangen wird.The brake disc, so the base body is preferably made by sand casting. In this case, the base body, so the blank on a peripheral outer brake ring, which is provided for contact with a brake pad of a caliper, wherein the brake pads or brake pads, of course, on both sides of the brake ring, so attack the friction surfaces. In the center of the base body an opening is provided, which is arranged in an exhibition of the base body. Around the opening, five through-holes are preferably arranged at regular intervals through the exhibition. Said through holes serve to receive wheel bolts, by means of which the brake disk together with a wheel can be connected to a wheel hub. The exhibition, which can also be referred to as a disc hatch, can be made integral with the brake ring, so be cast, or be connected as a separate element with the brake ring in a suitable manner. The base body can be made as an unvented or ventilated brake disc, which is known per se. In the case of the ventilated brake disk, the friction surfaces are arranged on cover disks, the opposite cover disks being spaced apart by ribs. Of course, each cover disc also has only one friction surface, which is known per se. Thus, an air gap between the cover plates is formed, but this is also known, so it will not be discussed further.
Dadurch, dass die gesamte Bremsscheibe in das Schmelztauchbad eingetaucht wird, wird diese auch vollständig, also komplett mit der Haftvermittlerschicht überzogen. Dies ist dahin sinnvoll, da so auch die außerhalb der eigentlichen Reibflächen liegenden Bereiche in einem Zuge mittels der Schmelztauchbeschichtung mit der Haftvermittlerschicht, also mit einem Korrosionsschutz versehen sind, so dass weitere gesonderte Maßnahmen zum Schutz dieser Bereiche entfallen können. Die Erfindung eignet sich besonders für belüftete Bremsscheiben, da mittels des Tauchbades sowohl die Innenoberfläche der Deckscheiben vollständig als auch die Rippen zusätzlich zu den anderen Bereichen komplett überzogen werden.The fact that the entire brake disc is immersed in the hot dip, this is also completely, so completely covered with the primer layer. This makes sense, as well as lying outside the actual friction surfaces areas are provided in one go by means of the hot dip coating with the primer layer, ie with a corrosion protection, so that further separate measures to protect these areas can be omitted. The invention is particularly suitable for ventilated brake discs, since both the inner surface of the cover plates completely and the ribs in addition to the other areas are completely covered by means of the dip bath.
Nachdem die Haftvermittlerschicht mittels des Schmelztauchbades aufgebracht ist, kann in einem weiteren Schritt vorgesehen sein, dass der Basiskörper, also die Bremsscheibe, insbesondere die Reibflächen auf Maß gedreht wird/werden.After the adhesion promoter layer has been applied by means of the hot-dip bath, it can be provided in a further step that the base body, that is to say the brake disk, in particular the friction surfaces, is turned to size.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die gewählten unedlen Metalllegierungen, insbesondere die Aluminiumlegierung eine „weiche“ Beschichtung bildet. Dieser eigentlich negative Umstand hinsichtlich der Bremsscheiben stellt bei der Erfindung allerdings eine ideale Haftvermittlerbeschichtung für die anschließende thermische Beschichtung zur Verfügung.The invention is based on the finding that the selected base metal alloys, in particular the aluminum alloy, forms a "soft" coating. However, this actually negative circumstance with regard to the brake discs provides in the invention an ideal adhesion promoter coating for the subsequent thermal coating.
Dabei werden Hartstoff-Pulver mittels dem bevorzugten Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HP-HVOF) in die weiche Oberfläche der Haftvermittlerbeschichtung zumindest im Bereich des Reibringes, also der Reibflächen eingeschossen, so dass es zu einer innigen Verklammerung der Hartstoffpartikel und der Haftvermittlerschicht kommt.In this case, hard-material powders are injected into the soft surface of the adhesion promoter coating by means of the preferred high-speed flame spraying (HP-HVOF) at least in the region of the friction ring, ie the friction surfaces, so that intimate bonding of the hard material particles and the adhesion promoter layer occurs.
Ausreichend im Sinne der Erfindung ist dabei, wenn eine sehr dünne Reibschicht mit einem Betrag von 30µm bis 50µm aufgetragen wird. Dabei liegt es im Sinne der Erfindung, dass die Reibschicht an sich nicht als Verschleißschicht dienen soll, sondern erfindungsgemäß dazu dient, aus dem Belagsmaterial der Bremsbeläge Materialpartikel herauszulösen, also herauszureißen, so dass ein Transferfilm gebildet wird. Bei dem Bremsvorgang wird also Belagsmaterial aus dem Bremsbelag herausgerissen und auf die Oberfläche, also z.B. auf die Aluminiumoberfläche oder Zinkoberfläche im Reibringbereich transferiert. Dieser Transfer-Film bettet die mikroraue Oberfläche der beispielhaften Aluminiumoberfläche des Reibringes ein. Die Reibung kommt hierbei nicht durch Abrasion zustande, sondern durch eine Art Adhäsion. Der Transfer-Film bleibt permanent auf dem Reibring und schützt die Aluminiumoberfläche vor Verschleiß, so dass die Bremsscheibe quasi nicht erneuert und ausgetauscht werden muss. Der Bremsbelag dagegen ist als Verschleißteil ausgebildet und liefert ständig neues Material nach, um den Transferfilm zu stabilisieren. Weist die Haftvermittlerschicht Zink oder Zinkbestandteile auf, ist ersichtlich, dass der Transferfilm auch die Zinkoberfläche einbettet, so dass auch diese vor Verschleiß geschützt ist. Das bedeutet aber auch, dass die zuvor erwähnten Reibwerte des Zinks aufgrund des Transferfilms keinen Einfluss haben.Sufficient in the context of the invention is when a very thin friction layer with an amount of 30 .mu.m to 50 .mu.m is applied. It is within the meaning of the invention that the friction layer should not serve as a wear layer per se, but according to the invention serves to dissolve out of the lining material of the brake pads material particles, so tear out, so that a transfer film is formed. In the braking process so pad material is torn out of the brake pad and transferred to the surface, so for example on the aluminum surface or zinc surface in the friction ring area. This transfer film embeds the microrough surface of the exemplary aluminum surface of the friction ring. The friction is not caused by abrasion, but by a kind of adhesion. The Transfer film remains permanently on the friction ring and protects the aluminum surface against wear, so that the brake disc virtually does not need to be replaced and replaced. The brake pad, on the other hand, is designed as a wearing part and constantly supplies new material in order to stabilize the transfer film. If the primer layer has zinc or zinc components, it can be seen that the transfer film also embeds the zinc surface, so that it too is protected against wear. However, this also means that the aforementioned coefficients of friction of the zinc due to the transfer film have no influence.
Insofern sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine aufwändigen Strahloperationen und auch keine aufwändigen Nachschleifoperationen notwendig. Vielmehr wird die thermisch aufgebrachte Spritzschicht, also die Reibschicht im rauen Zustand in Betrieb genommen.In this respect, in the method according to the invention no elaborate radiation operations and no complicated regrinding operations are necessary. Rather, the thermally applied sprayed layer, so the friction layer in rough condition is put into operation.
In möglicher Ausführung wird als Spritzpulver ein Wolframcarbid (WC)-Spritzpulver auf die Haftvermittlerschicht thermisch aufgebracht. In bevorzugter Ausgestaltung wird ein Wolframcarbid-Spritzpulver, also z.B. ein WC-Co-Cr-Spritzpulver thermisch aufgebracht. Denkbar im Sinne der Erfindung ist aber auch ein FeNiCr-Pulver als Matrix mit eingelagerten WC- oder TiC-Partikeln. Die Partikel können einen Durchmesser haben, der größer ist als die 30µm bis 50µm dicke Reibschicht. So ragen die scharfkantigen Partikel aus der Reibschicht heraus, und erzeugen so den Transferfilm. Insofern werden quasi scharfkantige Hartstoffpartikel in die Haftvermittlerschicht eingeschossen, so dass die (mikro)raue Hartstoffschicht erzeugt wird, welche für die Bildung des Transferfilms, also der Transferschicht benötigt wird. Dabei ist eine vorherige Strahloperation wie bisher bei konventionellen thermischen Spritzverfahren erforderlich bei der Erfindung nicht nötig. Bis auf das Abdrehen der mittels des Schmelztauchbades aufgebrachten Haftvermittlerschicht auf das Endmaß der Bremsscheibe, zumindest im Bereich der Reibflächen, ist eine weitere Nachbearbeitung der mittels des HVOF-Verfahrens aufgebrachten Hartstoffschicht nicht notwendig. Die fertig bearbeitete Haftvermittlerschicht im Reibringbereich kann z.B. eine Dicke von 200µm haben.In a possible embodiment, a tungsten carbide (WC) spray powder is applied thermally to the adhesion promoter layer as a spray powder. In a preferred embodiment, a tungsten carbide spray powder, e.g. a WC-Co-Cr spray powder applied thermally. However, a FeNiCr powder is also conceivable in the sense of the invention as a matrix with embedded WC or TiC particles. The particles may have a diameter that is larger than the 30μm to 50μm thick friction layer. Thus, the sharp-edged particles protrude out of the friction layer, thus producing the transfer film. In this respect, virtually sharp-edged hard material particles are injected into the adhesion promoter layer, so that the (micro) rough hard material layer is produced, which is required for the formation of the transfer film, ie the transfer layer. In this case, a previous radiation operation as previously required in conventional thermal spraying process in the invention is not necessary. Apart from the turning off of the adhesive layer applied by means of the hot-dip bath to the final dimension of the brake disk, at least in the region of the friction surfaces, further reworking of the hard-material layer applied by means of the HVOF process is not necessary. The finished adhesion promoter layer in the friction ring region may be e.g. have a thickness of 200μm.
Die Haftvermittlerschicht kann auch als Funktionsschicht bezeichnet werden, und hat quasi eine Doppelfunktion. Zum einen dient die betreffliche Schicht als Korrosionsschutz auch der außerhalb der Reibflächen liegenden Bereiche der Bremsscheibe (auch Verhinderung von Rot-Rost). Zum anderen dient die Schicht gleichzeitig als Haftvermittler für das Auftragen der (micro)rauen Hartstoffschicht mittels des bevorzugten HP-HVOF-Verfahrens.The adhesion promoter layer can also be referred to as a functional layer, and has a quasi-double function. On the one hand, the relevant layer serves as a corrosion protection also lying outside the friction surfaces areas of the brake disc (also preventing red rust). On the other hand, the layer also serves as an adhesion promoter for the application of the (micro) rough hard material layer by means of the preferred HP-HVOF process.
Der Basiskörper, also die Bremsscheibe ist aus GG gefertigt. Möglich ist natürlich auch, wenn eine Aluminiumbremsscheibe mit dem HP-HVOF-Verfahren beschichtet wird.The base body, so the brake disc is made of GG. Of course, it is also possible if an aluminum brake disc is coated with the HP-HVOF process.
Erfindungsgemäß ist eine Bremsscheibe mit den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt. Insofern weist die erfindungsgemäße Bremsscheibe eine auf seinem Substratmaterial aufgebrachte Haftvermittlerschicht auf, auf welcher zumindest bereichsweise eine Hartstoffschicht angeordnet ist.According to the invention, a brake disk is produced with the method steps described above. In this respect, the brake disc according to the invention has a bonding agent layer applied to its substrate material, on which a hard material layer is arranged at least in regions.
Dabei ist die Haftvermittlerschicht auf der kompletten Bremsscheibe angeordnet. Das bedeutet, dass nicht nur die Reibflächen, sondern auch außerhalb dieser alle Bereiche mit der Haftvermittlerschicht versehen sind, also überzogen sind. Die Haftvermittlerschicht wird in bevorzugter Ausführung aufgebracht, indem die Bremsscheibe in eine unedle Metallschmelze eingetaucht wird. Die Haftvermittlerschicht weist nach einer Endbearbeitung, also z.B. nach dem Drehen auf Endmaß zumindest im Bereich der Reibringe eine Dicke von 200µm auf. Auf der Haftvermittlerschicht ist die Reibschicht angeordnet, welche bevorzugt aber lediglich im Bereich der Reibflächen der Bremsscheiben angeordnet ist. An den Reibflächen greifen Bremsklötze mit ihren Belägen an. Aufgrund der scharfkantigen Hartstoffe der Reibschicht wird Bremsbelagsmaterial aus dem Bremsbelag herausgerissen, so dass ein Transferfilm gebildet wird. So verschleißt der Bremsbelag, wobei ein Verschleiß der Bremsscheibe vermieden ist.The adhesive layer is arranged on the entire brake disc. This means that not only the friction surfaces, but also outside these all areas are provided with the adhesion promoter layer, so are coated. The adhesive layer is applied in a preferred embodiment by the brake disc is immersed in a base metal melt. The primer layer has, after finishing, e.g. after turning to final dimensions, at least in the area of the friction rings, a thickness of 200 .mu.m. On the adhesion promoter layer, the friction layer is arranged, which is preferably arranged but only in the region of the friction surfaces of the brake discs. At the friction surfaces brake pads attack with their coverings. Due to the sharp-edged hard materials of the friction layer brake pad material is torn out of the brake pad, so that a transfer film is formed. Thus, the brake pad wears, with wear of the brake disc is avoided.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in einer Aufsicht, -
2 eine belüftete Bremsscheibe in einer perspektivischen Ansicht, -
3 dieBremsscheibe aus 2 in einer Teilschnittansicht, und -
4 eine Vergrößerung des in3 erkennbaren Ausschnittes.
-
1 a schematic representation of a brake disc according to the invention in a plan view, -
2 a ventilated brake disc in a perspective view, -
3 the brake disc off2 in a partial sectional view, and -
4 an enlargement of the in3 recognizable section.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals, so that these are usually described only once.
Um die Öffnung
Erkennbar ist eine Funktionsbeschichtung
Zum Auftrag der Funktionsbeschichtung
Nach dem Tauchbad wurde die Bremsscheibe
Die Bremsscheibe
So weist die Bremsscheibe
In einem weiteren Herstellungsschritt wurde die Bremsscheibe
So weist die Bremsscheibe
Die Hartstoffpartikel
Bei einem Bremsvorgang, bei welchem Bremsbeläge in Kontakt mit der Reibfläche, also vorliegend mit der Reibschicht
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bremsscheibebrake disc
- 22
- Basiskörperbase body
- 33
- Bremskranzbrake Kranz
- 44
- Öffnungopening
- 55
- Ausstellung/ScheibenhutExhibition / Scheibenhut
- 66
- DurchgangslochThrough Hole
- 77
- Deckscheibecover disc
- 88th
- Deckscheibecover disc
- 99
- Rippenribs
- 1010
- Funktionsbeschichtung/HaftvermittlerschichtFunction coating / primer layer
- 1111
- Reibschichtfriction
- 1212
- Partikelparticle
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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